高含硫天然气成藏机理及分布规律

高含硫天然气成藏机理及分布规律

（09.5.19中国石化报油气周刊7版头条）

日前，川东北高含硫天然气成藏机理及分布规律研究项目通过中国石化鉴定，该项目是由石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所承担完成的。鉴定意见认为，该项目运用硫化氢气体硫同位素分析技术和模拟实验方法,对硫化氢气体气藏的形成预测有重要指导意义，研究资料齐全，方法技术先进，理论和技术研究成果达到国际先进水平。

在天然气藏中，硫化氢含量超过5％时称为高含硫天然气。高含硫天然气藏资源量大，目前全球已发现300多个具有工业价值的高含硫气田。硫化氢是一种重要的工业原料，具有较高的经济价值,但天然气中硫化氢的存在对天然气的勘探开发和利用有不利影响。硫化氢对钻井设备具有强烈的腐蚀作用，缩短油气井和其他设备寿命，增加了气田勘探开发成本和技术难度。硫化氢也是一种剧毒气体，硫化氢的泄漏易造成人身伤亡和环境污染。因此，开展高含硫气藏研究，对于降低行业成本、保证安全生产、促进天然气工业的发展具有重要意义。

（1）探索硫化氢形成、富集和分布规律,为安全勘探开发提供依据

硫化氢具有强烈的腐蚀性和毒性，极易溶于水，是一种很强的还原剂。这使其分析测试水平明显较低，尚未建立较为成熟的地球化学测试分析方法体系，研究者对不同成因硫化氢天然气的组成及稳定同位素特征仍不清楚，因此,无法从天然气的地球化学特征上对高含硫天然气的形成条件和形成环境进行追索，也难以确定烃类气体与硫化氢气体的亲缘关系。

在含硫化氢天然气地球化学研究方面，我国对硫化氢组分及其同位素测试分析很不规范且研究薄弱。许多分析测试单位在分析天然气组分时都不分析硫化氢项目。尽管硫化氢含量和硫同位素是气源对比和成因研究的主要指标，但由于尚未建立统一的硫同位素标准，致使硫同位素研究成果极少且缺乏系统性，难以将其作为气源对比和成因鉴定的有效指标。

我国含硫化氢天然气主要分布在震旦系、奥陶系、石炭系、三叠系和下第三系等五大层系。世界上已发现的400多个含硫化氢气田中，90％以上都分布在碳酸盐—蒸发岩地层中，而在陆源储层中发现的绝大多数含硫化氢气田，也都与区域上碳酸盐—蒸发岩地层有着明显的联系。

因此，一般认为硫酸盐(或石膏)是含硫化氢地层中硫化氢的最主要硫源。我国石膏绝大多数为沉积成因，有利于硫化氢的形成。加强南方海相碳酸盐岩的油气勘探是中国石化油气发展战略的重要组成部分，而川东北地区在南方海相油气勘探中具有举足轻重的地位。

川东北地区海相碳酸盐岩层系中已陆续发现普光、罗家寨等大中型天然气田,特别是普光气田是川气东送工程的主要资源基地。这些气田普遍高含硫化氢，如何准确认识该地区硫化氢形成、富集和分布规律，有效指导勘探开发和安全生产，成为油气勘探开发领域中亟待解决的重大科研问题和国内外学术界的研究热点。

（2）开展硫酸盐热化学还原作用模拟试验,获得重要试验数据和新认识

川东北高含硫天然气成藏机理及分布规律研究项目组在认真总结和吸收前人研究成果的基础上，将油气地球化学和沉积岩石学相结合，利用野外剖面和岩芯观察及样品采集、室内各类模拟实验和现代地球化学实验分析测试等手段，应用宏观与微观、有机与无机、地质与地球化学等相结合的方法，着重围绕川东北地区高含硫天然气的地球化学特征、硫化氢形成机理、高含硫天然气成藏机理及主控因素、含硫天然气的分布规律等，进行了为期3年的刻苦攻关，取得了一系列技术创新成果及新认识。

项目组率先建立了高含硫天然气从气井采样、现场制备、模拟实验到地球化学测试的完整方法体系。他们独创的气态硫组分定量及其同位素组成质谱直接测定分析法，使该领域研究和测试更加安全、快捷、简易可靠，为含硫天然气、硫化氢含量及其硫同位素组成研究提供了新的技术方法。他们开展了包括水溶气在内主要含硫物质的分析测试，对不同赋存状态含硫物质硫含量与硫同位素组成对比分析，提出了天然气中硫化氢主要受控于储层中含镁的硫酸根溶液的新认识。

项目组科研人员利用黄金管模拟实验技术，系统开展了硫化氢成因机理实验研究，首次成功进行了系统的硫酸盐热化学还原作用模拟实验，获得重要实验数据和新认识，对高含硫天然气的研究具有重大促进作用。

（3）探讨高含硫气藏硫化氢形成与分布的主要受控因素

针对川东北地区主产气层—下三叠统飞仙关组高含硫化氢特点，科研人员以普光气田及其邻近无硫—微含硫气藏为重点，以硫地球化学为主线,从物质来源、演化过程、主控因素等方面综合分析了川东北地区硫化氢形成、聚集及保存过程，揭示了硫化氢的主要来源及其富集成藏的主控因素，为油气勘探开发中有效预测硫化氢分布提供了重要依据。

结合地质背景，研究人员利用天然气组分、碳氢硫同位素组成，探讨了川东北天然气成因类型，论证了硫酸盐热化学还原作用对碳同位素、氢同位素和硫同位素组成影响，建立了含硫天然气中硫化氢成因的判识指标体系。

项目研究认为，川东北地区高含硫气藏中硫化氢形成与分布主要受控于四个因素：一是富烃、高硫、含镁流体共存的物源,二是达到120-150摄氏度以上深埋的高温能量,三是适时的物源流体赋存的储集场所（空间）,四是最终还原、封闭的就地保存条件。普光气田高含硫天然气形成、成藏经历了物源准备、硫化氢形成、聚集成藏三个过程。

项目研究人员通过川东北典型含硫气藏的解剖,对比研究其成烃成硫成藏特征，提出高含硫天然气具有“优源优储、早期聚集,藏内成硫、裂解成气,抬升运聚、调整成藏”的成藏过程，而无硫－微含硫天然气藏具有“次生聚集,晚期成藏”的成藏过程，揭示了高含硫天然气成藏机理,并以此预测了川东北高含硫天然气可能的分布区域。

专家认为，该项目的完成将有助于加深高含硫气藏成藏机理和分布规律的认识，对四川盆地含硫天然气的分布预测以及川东北中石化探区高含硫天然气的勘探部署提供重要科学依据,对发展我国硫地球化学的理论研究和测试技术,促进我国海相含硫油气勘探开发技术的发展及安全生产,也将起到重要作用。